Совершенствование эффективности переработки леса в России и за рубежом

масел, так и нейтральные соединений древесной зелени сосны,

наряду с фитонцидной активностью проявляют высокую токсичность

для стволовых вредителей - ксилофагов и репеллентную активность

против двукрылых насекомых [Ягодин, 1981; Левин, 1981; Репях,

1988].

Исследования по применению эфирных масел в медицине показали,

что препарат, содержащий 10 % эфирного масла сосны в единице

лекарственной формы, может быть использован в качестве

стимулятора заживления гнойных ран.

Большой интерес представляют вещества, входящие в состав

нейтральных соединений древесной зелени сосны. Однако если (-

ситостерин, содержащий в древесной зелени как в свободной форме,

так и в виде сложных эфиров с высшими жирными кислотами,

является уже традиционным для лесохимии продуктом, то остальные

соединения до сих пор в России промышленно не выделяются.

Изоабиенол, являясь спиртом лабданового типа строения,

относится к ценным исходным соединениям для синтеза душистых

производных серой амбры - продукта жизнедеятельности кашалотов,

представляющего собой один из наиболее ценных видов сырья для

парфюмерии. За последние 10-15 лет интерес к душистым соединениям

значительно вырос, о чем свидетельствуют многочисленные

публикации. Объясняется это постоянно растущим спросом на них во

всем мире и непрерывным сокращением численности кашалотов

[Васильев, 1991].

При окислении изоабиенола удалось получить амбреинолид. При

обработке серной кислотой амбреинолид перегруппировывается в

кислоту, циклизующуюся далее в карбонильное соединение

феналановой структуры с сильным , амбровым запахом.

Амбреинолид является важным веществом для синтеза и других

ценных душистых соединений. В небольшом количестве он содержится

в табаке, но богатых им природных источников нет. Разработано

несколько синтезов рацемического амбреинолида. Все они

многостадийны, а исходные вещества труднодоступны. Поэтому

решение задачи синтеза этого соединения из доступного сырья

является важным достижением в создании процессов промышленного

синтеза душистых соединений [Васильев, 1991].

Полипренолы идентифицированы в листьях растений, а также

бактериях, тканях животных организмов, грибах. Отмечено, что

содержание полипренолов более высокое (в 10-50 раз) в хвойных

растениях, чем в лиственных. При этом в хвойных растениях

полипренолы содержат большее количество (от 10 до 20)

изопреновых звеньев в цепи молекулы, чем в лиственных (от 6 до

12). Концентрируясь в мембранах клеток, полипренилфосфаты

осуществляют перенос углеводов от соответствующих

нуклеотидсахаров с последующей их полимеризацией. Цепи

полипренолов входят в состав молекул таких биологически активных

соединений, как витамин К, токоферолы, некоторые коферменты.

Исследователи относят полипренолы к новому классу низко

молекулярных биорегуляторов, играющих исключительно важную роль в

продуцировании живыми организмами - от микроорганизмов до

млекопитающих - углеводосодержащих биополимеров ряда

полисахаридов, гликопротеинов, пентидогликонов и других

[Васильев, 1991].

В организме человека эти соединения сконцентрированы в

поджелудочной железе, мозге, сердце, почках, печени, селезенке

и других тканях. Полипренолы представляют интерес как

лекарственные вещества, в частности производные полипренолов

могут найти применение в качестве средств, снижающих кровяное

давление, противоожоговых средств, а также заживляющих язвы

желудка и двенадцатиперстной кишки. Отмечается также высокая

эффективность применения этих веществ в качестве кормовых

добавок.

Основные исследования по изучению полипренолов проводились в

США и Японии. В этих странах полипренолы получают из свиной

печени и свиной поджелудочной железы, а также хвои различных

растений методом промышленной колоночной хроматографии. Сложность

получения таких препаратов и высокая эффективность их применения

обусловливают высокую цену на эти продукты.

Фосфолипиды, представленные в основном глицерофосфатидами, и

их концентраты применяются в качестве эмульгирующих веществ в

биологически активных эмульсиях. Они улучшают качество и ценность

продуктов питания. Небольшие добавки этих соединений в корм

животных способствуют повышению продуктивности скота и птицы.

Поэтому использование древесной зелени в качестве дешевого и

доступного сырья для подобного производства является актуальной

задачей.

3.4.1. ПЕРЕРАБОТКА ДРЕВЕСНОЙ ЗЕЛЕНИ СОСНЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ЕЕ

РАЗВИТИЯ

Использование древесной зелени в настоящее время направлено

главным образом на применение ее в качестве кормовой добавки в

рационы сельскохозяйственных животных. Питательность древесной

зелени сосны составляет 0,28 кормовой единицы в 1 кг, т.е.

равна по питательной ценности пшеничной или ржаной соломе.

Хвоя содержит целый ряд ценных биологически активных веществ

и является витаминным кормом, а также служит источником

фитонцидов. Однако наличие в ней дубильных, смолистых веществ, а

также горечей, придающих ей специфический вкус и свойства,

ограничивает ее использование в значительных количествах в

нативном виде. Кроме того, древесная зелень является продуктом

ско-ропортящимся. Срок ее хранения после заготовки не должен

превышать в летнее время 5 сут., а в зимнее - 20 сут. [Васильев,

1991].

Для использования полезных свойств этого ценнейшего

растительного сырья при одновременном нивелировании отрицательных

сторон применяются различные методы переработки древесной зелени.

Их можно подразделить на механические и химические.

Механическая переработка древесной зелени

Для сохранения на более длительное время биологически

активных веществ хвои на практике проводят скоростную сушку и

затем высушенную древесную зелень измельчают в муку. Хвойная

витаминная мука потребляется животными лучше, чем свежая хвоя.

Это происходит потому, что при сушке из нее удаляется часть

эфирных масел и других летучих веществ, а часть дубильных

веществ переходит в малорастворимую форму.

Цехи по выработке витаминной муки на предприятиях России в

основном работают рентабельно. Выработка товарной продукции на

одного рабочего составляет около 5 тыс.р. в год. Эти показатели

могут быть значительно улучшены за счет механизации ручного труда

на заготовке сырья и комплексного его использования.

В России работает свыше 200 цехов и несколько передвижных

установок по выработке хвойной витаминной муки [Васильев, 1991].

Простота технологии и неограниченный сбыт продукции

способствовали быстрому росту этого производства. Однако в

последнее время реализация продукции затрудняется из-за высокой

(150-280 р./т) цены на витаминную муку.

Технология производства витаминной муки имеет и ряд

трудностей, связанных не только со сложностью сбора древесной

зелени, но и с зависимостью состава сырья от различных

неконтролируемых факторов, а также его неоднородностью.

Необходимо также отметить, что использование витаминной муки как

компонента кормов сельскохозяйственных животных ограничено

наличием дубильных и смолистых веществ, гликозидов и алкалоидов.

Поэтому становится очевидной необходимость облагораживать

древесную зелень или извлекать из нее биологически активные

вещества с использованием проэкстрагированного сырья, в качестве

витаминной муки или компостов, а также кормовых добавок,

Обогащенных белком за счет выращивания на ней дополнительной

биомассы.

3.4.2. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ

ВЕщЕСТВ ИЗ ДРЕВЕСНОЙ ЗЕЛЕНИ

Технология экстракционной переработки древесной зелени

заключается в извлечении из измельченного сырья различными

растворителями биологически активных веществ, их концентрирование

и использование в качестве конечного продукта или как сырья для

выделения соединений с ценными свойствами.

Все существующие технологические схемы можно подразделить на

непрерывные или периодические с использованием в качестве

экстрагента воды, водяного пара, полярных или неполярных

растворителей.

Переработка древесной зелени по способу батарейной

противоточной экстракции горячей водой после предварительной

отгонки эфирного масла острым паром относится к старейшим

производствам такого рода. Уже в 1931 г. на Тих-винском

лесохимическом заводе вошел в строй цех по переработке еловой

древесной зелени с получением хвойного лечебного экстракта и

эфирного масла [Ягодин, 1980]. В настоящее время этот цех

перерабатывает ежегодно около 3,5 тыс.тсырья и производит

экстракт хвойный натуральный (ТУ-81-05-97--70), экстракт хвойно-

соляный в брикетах (ТУ-81-05-98--70), а также тяжелое эфирное

масло (фС 42-659-73). Тяжелое эфирное масло применяется для

приготовления препарата "Пинабин", являющегося эффективным

средством лечения почечно- и желчекаменной болезни и

калькулезного холецистита.

Наряду с батарейным методом экстракции предложена

усовершенствованная технологическая схема переработки древесной

зелени с получением эфирного масла и хвойного натурального

экстракта на установках непрерывного действия НДТ-ЗМ и УНП

[Ягодин, 1980; Репях, 1988]. В 1975 г. такая технология

внедрена в Цюрупинском лесхоззаге Херсонской области Украины

[Продниекс, 1988].

Кроме получения хвойных экстрактов в настоящее время

существует несколько способов получения соков из хвои. Выход

клеточного сока зависит от способа и глубины обработки сырья и

составляет от 10 до 30 %. Для увеличения выхода сока древесную

зелень подвергают многократной пропарке или ферментации. Это

дает возможность разрушить защитную оболочку хвои и значительно

повысить выход сока, состав которого мало отличается от состава

натурального хвойного экстракта.

Все получаемые таким образом экстракты представляют собой

галеновые препараты со слабо изученным, составом и используются

только для приготовления хвойных ванн в качестве лечебного

средства при заболеваниях центральной и периферической нервной

системы, сердечно-сосудистых и ревматических заболеваниях.

Из органических растворителей в настоящее время нашли

промышленное применение только бензин БР-1 и БР-2, а также

трихлорэтилен. Начало использования жирорастворимых веществ

приходится на 1949 г., когда был предложен способ переработки

древесной зелени экстракцией бензином. Получаемый продукт,

который после омыления растворяется в воде, был назван

хлорофилло-каротиновой пастой (ГОСТ 21802-84). Производство

хлорофилло-каротиновой пасты впервые было организовано в

Лисинском учебно-опытном лесхозе в 1950 г., а затем

модернизировано [Ягодин, 1980; Левин, 1981; Репях, 1988].

В настоящее время такие производства перерабатывают как

только сосновую древесную зелень, так и сосновую древесную зелень

совместно с еловой. Поэтому, исходя из состава используемого

сырья, цехи по переработке древесной зелени в зависимости от

технологического варианта подразделяются на два вида. К первому

относятся цехи, перерабатывающие только древесную зелень сосны, с

получением хвойной хлорофилло-каротиновой пасты, хвойного воска

(ОСТ-56-65-82) и эфирных масел. Ко второму - цехи,

перерабатывающие древесную зелень сосны и ели с получением, кроме

упомянутых продуктов, хлорофиллина натрия (ОСТ 56-33-85),

бальзамической пасты (ОСТ 56-58-83), провитаминного концентрата

(ОСТ-56-32-85), а также фракций эфирных масел (рис. 6). В 1980 г.

внедрена технология получения хвойного эфирного масла путем

вакуумной фракционной дистилляции масла-сырца с применением

ротационного пленочного испарителя ИР-10 [Ягодин, 1988].

Согласно технологической схеме бензиновый экстракт древесной

зелени, освобожденный от восков, подвергают обработке 30 %-ным

водным раствором щелочи. При этом происходит омыление

сложноэфирньк групп в молекуле хлорофилла с выделением металла,

фитола, а также нейтрализация свободных жирных, смоляных и

хлорофиллиновых кислот.

Натриевые соли кислот и некоторые производные хлорофилла,

образовавшиеся в результате воздействия на экстракт щелочи,

растворяются в воде. Нейтральные же вещества остаются в

бензиновом растворе. После отгонки растворителя из нейтральных

веществ получают провитаминный концентрат и эфирные масла.

Водорастворимые вещества обрабатывают 15-20 %-ным раствором

серной кислоты, в результате чего выделяются хлорофиллин-сырец,

а также жирные и смоляные кислоты.

Для получения смоляных и жирных кислот применяют метод

экстрагирования бензином при 60-65 С0 с последующей отгонкой

растворителя. Полученный продукт нейтрализуют 40 %-ной щелочью с

добавлением воды до 40 % влажности. Он представляет собой

бальзамическую пасту.

Водная суспензия хлорофиллина-сырца промывается водой до

нейтральной реакции в промывных водах. Затем производится сушка

продукта. Полученные хлорофиллиновые кислоты нейтрализуются

карбонатом натрия (содой) в 20%-ном водном растворе этанола при

температуре 75 С и соотношении растворитель: хлорофиллин

натрия:сода равном 10:1: :0,5 в течение 15-20 мин [Репях, 1988].

При получении спиртового раствора хлорофиллина натрия спирт

частично отгоняется до получения нужной концентрации продукта.

При получении же водного раствора спирт отгоняется полностью и

концентрат хлорофиллина натрия растворяется в воде. Полученные

растворы поступают в фасовочное отделение и

[pic]

Рис. 6. Принципиальная схема переработки

древесной зелени

по способу бензиновой экстракции

разливаются в стеклянную тару.

Таким образом, учитывая использование обессмоленной древесной

зелени, в настоящее время можно говорить о создании безотходной

технологии переработки этого сырья с получением целого ряда

биологически активных продуктов. Однако все они представляют

собой сложные, полностью не изученные смеси, что ограничивает их

применение и, прежде всего, в фармакологии.

Выход хлорофилло-каротиновой пасты по описанной технологии

переработки древесной зелени сосны из 1 т сырья при использовании

для ее подготовки усовершенствованного измельчителя кормов

"Волгарь-5" составляет 60-70 кг и 120-150 т тяжелого эфирного

масла [Ягодин, 1988]. В среднем извлекается приблизительно 50-60

% смолистых веществ. Количество хлорофилловых пигментов в

бензиновом экстракте составляет 20-30 %, а каротиноидов до 50 %

от содержания их в исходном сырье. При дальнейшей переработке

экстрактов древесной зелени сосны и ели получают до 5 кг

провитаминного концентрата, 5-5,5 кг бальзамической пасты, до 2

кг хвойного воска, а также 200-230 г хлорофиллина натрия.

В НПО "Силава" (Латвия) на основании данных о работе цехов

по переработке древесной зелени на базе типового оборудования с

использованием нестандартных экстракторов разработан проект

лесобиохимического цеха с получением хлорофилло-каротиновой пасты

и тяжелого эфирного масла [Продниекс, 1988]. Ниже приведены

технико-экономические показатели цеха.

Технико-экономические показатели цеха

Годовой выпуск товарной продукции, тыс.р. 123,95

Годовая потребность, т:

в сырье .....……………………………............ 600

в бензине ............…………………………….. 39

в едком натре ........………………………... 2,82

Общая сумма капиталовложений, тыс.р. 101,27

Средняя прибыль, тыс.р. .....……………..... 47,52

Средняя рентабельность, %.…………........ 62

Окупаемость капитальных вложений, год . . 2,54

Удельные капитальные затраты на 1 руб. товарной продукции,

81,7 коп.

Однако в проекте заложены заниженные данные по выходу

продуктов из 1 т сырья: хлорофилло-каротиновой пасты-50 кг,

тяжелого эфирного масла -95 г. Их выход составляет до 70 кг и

140 г соответственно. То есть по выпуску товарной продукции

данные занижены на 45 тыс.р. Денежный выход с 1 т продукции

составит 281,7 р. [Левин, 1981; Репях, 1988]. Таким образом,

цеха, получающие в качестве продуктов переработки древесной

зелени только тяжелое эфирное масло и хлорофилло-каротиновую

пасту уже оказываются высокорентабельными предприятиями. Нo

неполнота извлечения экстрактивных веществ, а также высокая

пожароопасность производства обусловили поиски новых

растворителей для проведения процесса экстракции.

Внедрение в промышленные технологические схемы в качестве

экстрагента трихлорэтилена было осуществлено на основании

исследований, проведенных на кафедре процессов и аппаратов

Таллиннского политехнического института. Отмечено, что

трихлорэтилен имеет наивысшую среди хлорорганических

растворителей стабильность в условиях экстракции, относительно

низкую температуру кипения (87,0°С) и практически не растворима

воде (0,1 %), что облегчает его регенерацию. Авторами была

разработана технология экстракции древесной зелени хвойных

пород трихлорэтиленом в непрерывном процессе при обработке

извлеченньк смолистых веществ триэтиламином. Эта технология была

внедрена в химцехе Валгского лесхоза и Выруского леспромхоза

(Эстония) и в химцехе Тетеревского опытного лесхоззага

(Украина). Однако анализ работы этих предприятий показал, что,

хотя трихлорэтилен и является трудногорючей жидкостью,

пожароопасность которой на одну категорию ниже, чем у

экстракционного бензина БР-1, он обладает повышенной

токсичностью. Предельно допустимая концентрация его паров в

воздухе рабочей зоны составляет 10 мг/м3, что очень трудно

достижимо в промышленных условиях. Возникают большие

затруднения при очистке стоков. Кро ме того, при длительном

хранении на свету трихлорэтилен постепенно окисляется кислородом

воздуха до фосгена, а при соприкосновении с водой образует

корродирующую смесь. Поэтому этот способ не нашел широкого

распространения, так же как и предложенная схема экстракции

древесной зелени в винтовых аппаратах непрерывного действия.

К недостаткам рассмотренных схем относят прежде всего

неполное извлечение и использование содержащихся в древесной

зелени веществ. При получении биологически активных веществ по

технологической схеме с применением экстракции органическим

растворителем в обессмоленной древесной зелени остаются

неиспользованными водорастворимые вещества, а при водной

экстракции - жирорастворимые. Резервом дальнейшего улучшения

показателей является совершенствование технологии, а также

комплексная переработка древесной зелени. Эффективность

получения продуктов при комплексной переработке зависит в этом

случае главным образом от выбора экономически обоснованного

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8